[发明专利]一种低复杂度的高精度单锚节点定位测试系统和方法

说明书

本发明提供了一种低复杂度的高精度单锚节点定位系统与方法，属于无线定位测试领域。该系统包括：锚节点和目标节点；所述锚节点包括：锚节点支架以及安装在其顶端的锚节点全向天线，在锚节点支架上安装有天线底板，在天线底板上安装有多个定向天线；各个定向天线分别与一个低噪音放大器连接，低噪音放大器与检波器连接，检波器与模数转换器连接，模数转换器与锚节点微处理器连接，锚节点全向天线与锚节点无线收发芯片连接，锚节点无线收发芯片与锚节点微处理器连接；所述目标节点包括：目标节点支架以及安装在目标节点支架顶端的目标节点全向天线。

技术领域

本发明属于无线定位测试领域，具体涉及一种低复杂度的高精度单锚节点定位测试系统和方法。

背景技术

无线传感网(WSN)中没有位置信息的传感器数据是没有意义的，同时传感器节点自身位置的确定也是WSN众多研究和应用的基础，但定位问题一直没有得到很好解决。WSN部署环境的多样性和复杂性导致很难通过统一的数学公式或算法获得节点的位置信息，这是影响定位算法的主要因素；另外由于WSN低带宽、低成本、低功耗的特性决定了不能采用复杂的算法，这也在一定程度上限制了定位方法的设计。近几年随着以WSN和移动互联网为核心技术的物联网产业兴起，能够提供更丰富直观内容的无线多媒体传感网(WMSN)引起了科学界和工程界的广泛关注，WMSN在健康监护、区域监测巡检、应急通讯等领域有着广阔的应用前景，这些独特的应用对实时目标定位和跟踪的需求更加迫切并对定位精度提出了更高的要求，同时为了不影响正常数据通信，定位方法还应满足低复杂度和低网络开销的要求。为了达到较高的定位精度须采用基于测距的定位方法，而传统的物联网定位算法普遍采用多锚节点测距后联合定位的方式，该方法需要多次锚节点之间的数据交互才可以获取本次定位完整数据，完成定位。随系统规模扩大和锚节点数量的增加，定位网络时间开销将线性增加，对系统中的传感器数据和管理数据传输造成压力。而在WIFI定位中普遍运用的基于到达角度、到达时间、多信号分类算法、指纹算法等方法均存在算法复杂、计算量巨大的问题，无法应用于物联网和无线传感网应用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种低复杂度的高精度单锚节点定位测试系统和方法，复杂度低，精度高，利用一个锚节点完成目标节点的定位。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低复杂度的高精度单锚节点定位测试系统，包括：锚节点和目标节点；

所述锚节点包括：锚节点支架以及安装在其顶端的锚节点全向天线，在锚节点支架上安装有天线底板，在天线底板上安装有多个定向天线；各个定向天线分别与一个低噪音放大器连接，低噪音放大器与检波器连接，检波器与模数转换器连接，模数转换器与锚节点微处理器连接，锚节点全向天线与锚节点无线收发芯片连接，锚节点无线收发芯片与锚节点微处理器连接；

所述目标节点包括：目标节点支架以及安装在目标节点支架顶端的目标节点全向天线，所述目标节点全向天线与射频前端连接，射频前端与目标节点无线收发芯片连接,目标节点无线收发芯片、射频前端分别与目标节点微处理器连接。

所述锚节点中的各个定向天线采用同规格型号的天线，驻波比＝1.5,天线增益误差在0.2dB以内，主瓣宽度内天线增益误差在0.5dB以内，全方向天线增益误差2dB以内，天线的主瓣对称，旁瓣电平低，主瓣增益-旁瓣增益20dB，前后抑制比20dB。

各个低噪音放大器均采用相同型号的芯片，且具有相同的增益和输入输出阻抗。

各个检波器采用相同型号检波器。

所述目标节点全向天线、锚节点全向天线在测量平面方向性图均为圆形，形状规则。

所述模数转换器、锚节点微处理器分别与锚节点电源管理模块连接，锚节点电源管理模块与锚节点电池连接；